Co je Proof of Work (PoW)?

Klíčové věci

• Proof of Work (PoW) je konsensuální mechanismus vytvořený s cílem zabránit dvojímu utrácení v digitálních platebních systémech.

• PoW je klíčovou součástí procesu těžby, který zahrnuje přidávání nových bloků transakcí do blockchainu a vytváření nových jednotek kryptoměny.

• Bitcoin a mnoho dalších kryptoměn používá PoW jako metodu pro zabezpečení své blockchainové sítě a dat.

Úvod

Stručně řečeno, Proof of Work (PoW) je mechanismus vytvořený k zamezení dvojího utrácení v digitálních platebních systémech. Bitcoin a mnoho dalších kryptoměn používá PoW jako metodu pro zabezpečení své blockchainové sítě a dat. Takové mechanismy se často označují jako konsenzuální algoritmy nebo konsenzuální mechanismy, protože zahrnují více stran dosahujících konsensu, aniž by si museli navzájem důvěřovat.

Proof of Work byl prvním konsensuálním algoritmem, který se objevil, a zůstává jedním z nejdůležitějších spolu s Proof of Stake (PoS). PoW představil Satoshi Nakamoto ve whitepaperu o bitcoinech v roce 2008, ale samotná technologie byla vytvořena dávno předtím.

HashCash Adama Backa je raným příkladem algoritmu Proof of Work v dobách před kryptoměnami. Vyžadováním od odesílatelů, aby před odesláním e-mailu provedli malé množství výpočetní techniky, by příjemci mohli zmírnit spam. Tento výpočet by pro legitimního odesílatele nestál prakticky nic, ale rychle by se přidal pro někoho, kdo hromadně posílá e-maily.

Co je dvojí útrata?

Ke dvojímu útratě dochází, když jsou stejné prostředky utraceny více než jednou. Tento termín se používá téměř výhradně v souvislosti s digitálními penězi – koneckonců by bylo těžké utratit stejnou fyzickou hotovost dvakrát. 

Když dnes zaplatíte za kávu, předáte hotovost pokladní, která ji pravděpodobně zamkne v pokladně. Nemůžete jít do kavárny přes silnici a zaplatit za další kávu stejným účtem. V digitálních hotovostních systémech však existuje možnost, že byste mohli. 

Před použitím příkazů zkopírovat a vložit jste určitě zkopírovali počítačový soubor. Je také snadné poslat stejný soubor e-mailem desítkám lidí. Vzhledem k tomu, že digitální peníze jsou jen data, musíte lidem zabránit ve dvojím utrácení, tedy kopírování a utrácení stejných jednotek na různých místech. Digitální platební systém, který nedokáže zabránit dvojímu utrácení, se během okamžiku zhroutí.

Pro podrobnější pohled na dvojí utrácení se podívejte na Vysvětlení dvojího utrácení.

Proč je doklad o práci nezbytný?

Pokud jste četli náš článek o technologii blockchain, budete vědět, že uživatelé kryptoměn neustále vysílají transakce do sítě. Tyto transakce však nejsou okamžitě považovány za platné. To se stane pouze tehdy, když jsou potvrzeny a přidány do blockchainu.

Bitcoinový blockchain například funguje jako veřejná transakční databáze (hlavní kniha), kterou může vidět každý uživatel. Představte si to takto: vy a tři přátelé máte poznámkový blok pro sledování vašich bitcoinových transakcí. Kdykoli bude chtít někdo z vás provést převod hodnoty, zapište si to:

Alice zaplatí Bobovi 5 BTC; Bob zaplatí Carol 2 BTC atd.

Ale pokaždé, když provedete transakci, odkazujete na transakci, odkud finanční prostředky přišly. Pokud by tedy Bob platil Carol 2 BTC, záznam by ve skutečnosti vypadal takto: 

Bob zaplatí Carol 2 BTC, které pocházejí z této dřívější transakce s Alicí.

Nyní máme způsob, jak sledovat jednotky BTC. Pokud se Bob pokusí provést další transakci pomocí stejných 2 BTC, které právě poslal Carol, všichni se to okamžitě dozví. Skupina nepovolí přidání transakce do poznámkového bloku, protože tyto 2 BTC již byly utraceny.

Nyní by to mohlo fungovat dobře v malé skupině. Všichni se znají, takže se pravděpodobně shodnou na tom, který z přátel by měl přidávat transakce do poznámkového bloku. Co když chceme skupinu 10 000 účastníků? Nápad s poznámkovým blokem není dobře škálovatelný, protože nikdo nechce věřit cizímu člověku, že to zvládne.

Zde přichází na řadu Proof of Work. Zajišťuje, že uživatelé neutrácejí peníze, na které nemají právo. Pomocí kombinace teorie her a kryptografie umožňuje algoritmus PoW komukoli aktualizovat blockchain podle pravidel systému.

Jak PoW funguje?

Představte si, že náš poznámkový blok z výše uvedeného příkladu je blockchain. Transakce však nepřidáváme jednu po druhé – místo toho je skládáme do bloků. Oznámíme transakce do sítě a uživatelé, kteří vytvoří blok, je zahrnou do kandidátského bloku. Transakce budou považovány za platné až poté, co se jejich kandidátský blok stane potvrzeným blokem, což znamená, že byl přidán do blockchainové databáze.

Proces ověřování transakcí a přidávání nových bloků se nazývá těžba. Je to drahé a obtížné, ale může to být také přínosné. Odměna za blok je tvořena transakčními poplatky od uživatelů a zcela novými bitcoiny vytvořenými protokolem. 

Mechanismus Proof of Work vyžaduje, aby těžař (uživatel vytvářející blok) investoval zdroje, jako je elektřina a výpočetní výkon, aby hašoval data svého kandidátského bloku, dokud nebude nalezeno řešení hádanky.

Hašování dat bloku znamená jejich předání pomocí hašovací funkce, aby se vygeneroval hash bloku. Blokový hash funguje jako „otisk prstu“ – je to identita pro vaše vstupní data a je jedinečná pro každý blok.

Jinými slovy, těžař musí ověřit a shromáždit čekající transakce, uspořádat je do kandidátního bloku a předat data bloku přes hashovací funkci, aby vytvořil platný hash. Pokud se jim podaří najít platný hash pro svůj kandidátský blok, vysílají ho do sítě, přidají blok do blockchainu a sbírají odměny za těžbu.

Když těžař vysílá svůj kandidátský blok a hash do sítě, ostatní účastníci sítě zopakují proces hashování, aby ověřili, že výstup je skutečně platný. 

Přestože nalezení platného hashe vyžaduje nespočet pokusů o hašování, je pro kohokoli triviální potvrdit, že vygenerovaný hash je správný. Musí pouze odeslat stejný vstup (data bloku) pomocí funkce hash a zkontrolovat, zda je výstup stejný.

V Proof of Work musíte poskytnout data, jejichž hash odpovídá určitým podmínkám. Ale nevíte, jak se tam dostat. Jedinou možností je předat svá data přes hashovací funkci a zkontrolovat, zda odpovídají podmínkám. Pokud tomu tak není, budete muset svá data mírně změnit, abyste získali jiný hash. Změna byť jednoho znaku ve vašich datech bude mít za následek zcela odlišný výsledek, takže neexistuje způsob, jak předvídat, jaký by mohl být výstup.

V důsledku toho, pokud chcete vytvořit blok, hrajete hádací hru. Obvykle si vezmete informace o všech transakcích, které chcete přidat, a některá další důležitá data, a pak to všechno hasíte. Ale protože se vaše datová sada nezmění, musíte přidat informaci, která je proměnná. Jinak byste vždy dostali stejný hash jako výstup. Tato proměnná data nazýváme nonce. Je to číslo, které budete s každým pokusem měnit, takže pokaždé získáte jiný hash.

Stručně řečeno, těžba je proces shromažďování blockchainových dat a jejich hašování spolu s nonce, dokud nenajdete konkrétní hash. Pokud najdete hash, který splňuje podmínky stanovené protokolem, získáte právo vysílat nový blok do sítě. V tomto okamžiku ostatní účastníci sítě aktualizují své blockchainy tak, aby zahrnovaly nový blok.

Pro dnešní hlavní kryptoměny je neuvěřitelně náročné splnit podmínky. Čím vyšší je hash rate v síti, tím obtížnější je najít platný hash. To se provádí, aby se zajistilo, že bloky nebudou nalezeny příliš rychle.

Jak si dokážete představit, pokusit se uhodnout obrovské množství hashů může být ve vašem počítači nákladné. Plýtváte výpočetními cykly a elektřinou. Ale protokol vás odmění kryptoměnou, pokud najdete platný hash.

Shrňme si, co zatím víme:

• Těžba je obtížná a nákladná, ale poskytuje zabezpečení sítě.

• Těžaři, kterým se podaří vyrobit platný blok, jsou odměněni nově vydanými kryptoměnami a transakčními poplatky.

• Vygenerování platného hashe vyžaduje čas, ale ostatní uživatelé mohou jeho platnost snadno zkontrolovat opakováním procesu hashování.

Zatím je vše dobré. Ale co když se pokusíte podvádět? Co vám brání vložit do bloku spoustu podvodných transakcí a vytvořit platný hash?

Zde přichází na řadu kryptografie s veřejným klíčem. V tomto článku nebudeme zacházet do hloubky, ale podívejte se na Co je kryptografie s veřejným klíčem? pro komplexní pohled na něj. Stručně řečeno, existuje několik elegantních kryptografických triků, které umožňují každému uživateli ověřit, zda má někdo právo přesunout prostředky, které se snaží utratit.

Když vytvoříte transakci, podepíšete ji. Kdokoli v síti může porovnat váš podpis s vaším veřejným klíčem a zkontrolovat, zda se shodují. Také zkontrolují, zda můžete skutečně utratit své prostředky a že součet vašich vstupů je vyšší než součet vašich výstupů (tj. že neutrácíte více, než máte).

Jakýkoli blok, který obsahuje neplatnou transakci, bude sítí automaticky odmítnut. Je pro vás drahé se dokonce pokoušet podvádět. Budete plýtvat svými vlastními zdroji bez jakékoli odměny.

V tom spočívá krása Proof of Work: podvádění je drahé, ale čestné jednání je ziskové. Každý racionálně uvažující těžař bude usilovat o návratnost své investice, takže lze očekávat, že se bude chovat způsobem, který s větší pravděpodobností přinese výnosy.

Proof of Work (PoW) vs. Proof of Stake (PoS)

Kromě PoW existuje mnoho konsenzuálních algoritmů, ale jedním z nejpopulárnějších je Proof of Stake (PoS). Koncept pochází z roku 2011 a byl implementován v Ethereu a několika dalších protokolech.

V systémech Proof of Stake jsou těžaři nahrazeni validátory. Nejedná se o žádnou těžbu a žádné závody v uhodnutí hashů. Místo toho jsou uživatelé vybíráni náhodně – pokud jsou vybráni, musí navrhnout (nebo „vytvořit“) blok. Pokud je blok platný, obdrží odměnu složenou z poplatků z transakcí bloku.

Nelze však vybrat libovolného uživatele – protokol je vybírá na základě řady faktorů. Aby byli účastníci způsobilí, musí zablokovat sázku, což je předem určená částka nativní měny blockchainu. Sázka funguje jako kauce: stejně jako obžalovaní vkládají velkou částku peněz, aby je odradili od vynechání soudního procesu, validátoři uzamykají sázku, aby odradili od podvádění. Pokud budou jednat nečestně, bude jim odebrán podíl (nebo jeho část).

Proof of Stake má oproti Proof of Work určité výhody. Nejpozoruhodnější je menší uhlíková stopa – protože v PoS nejsou potřeba výkonné těžařské farmy, spotřebovaná elektřina je jen zlomkem spotřebované v PoW. 

To znamená, že PoS nemá stejný záznam jako PoW. I když by to mohlo být vnímáno jako plýtvání, těžba je jediným konsensuálním algoritmem, který byl více než deset let testován. Od svého spuštění bitcoinový PoW zajistil transakce v hodnotě bilionů dolarů. Abychom mohli s jistotou říci, zda PoS může konkurovat jeho bezpečnosti, je třeba sázky řádně otestovat v dlouhodobém horizontu.

Závěrečné myšlenky

Proof of Work byl původním řešením problému dvojité útraty a ukázal se jako spolehlivý a bezpečný. Bitcoin dokázal, že nepotřebujeme centralizované entity, abychom zabránili tomu, aby byly stejné prostředky utraceny dvakrát. Díky chytrému využití kryptografie, hašovacích funkcí a teorie her se mohou účastníci v decentralizovaném prostředí dohodnout na stavu finanční databáze.

Další čtení

• Co je to těžba kryptoměn a jak to funguje?

• Co je kryptografie s veřejným klíčem?

• Co je to blockchainový konsensuální algoritmus?

Zřeknutí se odpovědnosti: Tento obsah je vám prezentován „tak, jak je“, pouze pro obecné informační a vzdělávací účely, bez zastoupení nebo záruky jakéhokoli druhu. Nemělo by být vykládáno jako finanční, právní nebo jiné odborné poradenství, ani není určeno k doporučení nákupu jakéhokoli konkrétního produktu nebo služby. Měli byste vyhledat vlastní radu od příslušných profesionálních poradců. V případě, že článek přispěl přispěvatelem třetí strany, vezměte prosím na vědomí, že tyto vyjádřené názory patří přispěvateli třetí strany a nemusí nutně odrážet názory Binance Academy. Pro další podrobnosti si prosím přečtěte naše úplné prohlášení o vyloučení odpovědnosti zde. Ceny digitálních aktiv mohou být kolísavé. Hodnota vaší investice může klesat nebo stoupat a investovaná částka se vám nemusí vrátit. Jste výhradně odpovědní za svá investiční rozhodnutí a Binance Academy nenese odpovědnost za jakékoli ztráty, které vám mohou vzniknout. Tento materiál by neměl být vykládán jako finanční, právní nebo jiné odborné poradenství. Další informace naleznete v našich podmínkách použití a varování před riziky.